ACF图和A＇KF图

变质带、变质级、变质相与变质相系~

7.4.3.1 变质带
在变质岩地区出现的因变质程度不同而造成的变质岩分带现象，称为变质带或变质程度带。
G.Barrow（1893）将变质泥质岩类分成六个变质带（称为巴罗带）：①绿泥石带；②黑云母带；③铁铝榴石带；④十字石带；⑤蓝晶石带；⑥矽线石带。四川丹巴附近的沉积-中酸性火山岩系也具巴罗型变质带。

表7.34 变质岩的结构与构造特征

变质岩分带现象常代表了变质程度由浅至深的空间分布特点，因此一般称之为“渐进变质带”或“递增变质带”。
7.4.3.2 变质级
变质带是根据某些标志矿物的最初出现来划分的。但由标志矿物划定的等变线往往不是等变质条件的。因此，H.G.F.Winkler（1976）提出，根据常见岩石中反映矿物共生组合重要变质变化的特定矿物反应来划分变质带，称之为变质级。将整个变质作用区间分成四个变质级：很低级、低级、中级、高级。用一个特定矿物组合的首次形成来划分变质带，比用单个标志矿物更为可靠。
7.4.3.3 变质相
变质相的概念是由P.艾斯科拉最先提出的，即变质过程中同时形成的一套矿物共生组合及其形成时的物理化学条件。目前对变质相的分类综合于表7.35。

表7.35 变质相分类表

各个变质相都有一定的温度、压力范围，图7.22大致表示了这种关系。

图7.22 不同变质相的温度-压力条件关系示意图

（据E.G.Ehler et al.，1982）
在实际工作中，可以根据标志矿物或共生矿物对的出现，划分出几个变质带，然后根据变质带的特点，即矿物共生组合进一步归并为若干个变质相。
在研究变质相时，为了表示同属于一个变质相中的每一种岩石的矿物共生组合与化学组分的相互变化关系，常采用“共生图解”来表示，常用的有ACF图和A′KF图等。
7.4.3.4 变质相系
A.都城秋穗（1961）提出，在一个变质地区，温度的变化常常以一系列的变质相为特征，这个系列称为变质相系。即在一个变质地区，一定的温度、压力范围内形成的一套标型矿物组合序列。都城秋穗根据Al2SiO5的多形转变和硬玉、蓝闪石的出现，把区域变质相系分为三个基本类型和两个过渡类型：
（a）低压型（红柱石-矽线石型）；
（b）中压型（蓝晶石-矽线石型）；
（c）高压型（硬玉-蓝闪石型）；
（d）低压过渡型（以十字石与红柱石、堇青石等共生为特征）；
（e）高压过渡型（以蓝闪石与蓝晶石共生，但不含硬玉为特征）。
随着对变质相系研究的进展，一般分为四个变质相系（图7.23），各相系之间的地热梯度范围和矿物成分特征见表7.36。

图7.23 各变质相系的温度-压力图解

（据R.F.Mueller and S.K.Saxena，1977，修改）

表7.36 各变质相系的地热梯度和矿物成分特征表

7.4.3.5 区域变质相
区域变质岩是分布最广、岩性最复杂的一大类岩石，区域变质相的确定十分重要。一般可根据各个相在不同相系中的特征矿物和矿化组合（表7.37）进行确定。

表7.37 主要区域变质相在不同相系中的特征矿物和矿物组合

7.4.3.6 变质岩原岩恢复
变质岩原岩研究的主要任务是查明变质岩原岩的成因类型和原岩的岩石类型。变质岩原岩可划分为岩浆凝结的、火山碎屑的、过渡型的、正常沉积的四种成因类型。变质岩原岩恢复主要从产状形态、岩层组合、结构和构造（尤其是变余的）及副矿物几方面进行。

先对原序列季节性差分和差分，都落在置信区间内了就根据拖尾和截尾判断，如果说参数是ARIMA（a，b，c）（d，e，f）的话，a和d一般情况是0.其他的也不超过2，最近用这个学到的。

1.ACF图

Eskola（1915）设计ACF图以表示成分范围广泛的含石英变质岩（包括泥质、长英质、基性、钙质、镁质）的矿物共生。

1）含石英变质岩的组分分析

对普通的含石英变质岩，不考虑微量组分和孤立组分，通常包括SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、CO₂、H₂O等11个组分，这些组分按其化学特征和对矿物共生的影响可分为：

（1）完全活动组分：H₂O、CO₂（Eskola把它们处理为过剩组分），共生图解中不予考虑。

（2）过剩组分：SiO₂，共生图解中不予考虑，把过剩矿物Q放在图解之外。

（3）类质同象组分：岩石中存在两种类质同象。一类是Al₂O₃与Fe₂O₃类质同象和FeO、MnO、MgO类质同象，它们普遍出现在造岩矿物中，因而将它们合并处理为（Al，Fe）₂O₃和（Fe，Mg，Mn）O两个独立组分，如前所述，这种处理有不合理之处；另一类是Na₂O与CaO类质同象，仅出现在斜长石中，而不出现在其他含钙矿物中，因此不能将它们合并。Eskola的处理办法是：由于Na₂O只在斜长石中作为CaO的类质同象组分出现，其含量多少有无，只影响斜长石号码，而不会增加或减少一个矿物相，因此Na₂O不作为独立组分，可不予以考虑，把钠长石放在图解之外。

（4）有效惰性组分：经过上述组分分析后，得出4个有效惰性组分，即（Al，Fe）₂O₃、CaO、K₂O、（Fe，Mg，Mn）O。为了把组分数减至3，以便于图解表示，Eskola把K₂O作为过剩组分，不予以考虑，把钾长石放在图解之外。这样一来，使得该图解出现一个明显的缺点：区分不了低温下泥质变质岩中K₂O过剩与K₂O不足的两类组合。

2）ACF图的编制

Eskola（1939）将上述3个有效惰性组分为顶点的成分-共生图解命名为ACF图（ACF diagram）。其中：

A=［Al₂O₃］+［Fe₂O₃］

C=［CaO］

F=［FeO］+［MgO］+［MnO］

A+C+F=100.

在三角形图解上，按矿物组成的ACF比值标绘矿物后，按矿物的实际共生关系连接共生线即完成了ACF图解（图20-3）。

将矿物化学式写成氧化物形式，易于计算矿物的ACF值，从而便于标绘矿物。例如：

And（红柱石）Al₂O₃·SiO₂ A=100

Crd（堇青石）2（Mg，Fe）O·2Al₂O₃·5SiO₂ A=50，F=50

An（钙长石）CaO·Al₂O₃·2SiO₂ A=50，C=50

Di（透辉石）CaO·（Mg，Fe）O·2SiO₂ C=50，F=50

Gro（钙铝榴石）3CaO·Al₂O₃·3SiO₂ A=25，C=75

Wo（硅灰石）CaO·SiO₂ C=100

图20-3 芬兰Orijarvi地区接触变质岩ACF图

显然，图20-3使Orijarvi地区接触变质岩的矿物共生组合一目了然，这是图解表示法的长处。对ACF图有两点必须注意：一是图中An位置实际上并不是钙长石，它与图解外的Ab一起代表某一号码的斜长石；二是Ms（白云母）、Bi（黑云母）都是含钾矿物，它们在共生组合中是否出现在很大程度上受岩石的K₂O组分控制，图20-3中所有组合都可出现Ms、Bi。ACF图不能表示K₂O对矿物共生的影响，因而它们不应该表示在ACF图上。

3）岩石成分的标绘

如前所述，将岩石的组成标绘在成分-共生图解上，可以预测该岩石的矿物共生组合。然而，由于在编制ACF图过程中，未考虑钾长石、钠长石和副矿物，因此在根据岩石化学分析资料于ACF图上标绘岩石时，需从化学分析中扣除包含在这些矿物中的（Al，Fe）₂O₃、CaO、（Fe，Mg）O的量。按照Eskola方法，计算岩石的ACF值的程序如下：

（1）用副矿物含量校正岩石化学分析：

为此，必须根据薄片（或X-射线物相分析）测定副矿物钛铁矿、磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿、榍石的实际含量（体积分数），并将测定矿物的体积分数转换成w_B（%）；w_B（%）=相对密度×体积（%）。换算时可使用下列矿物相对密度值：磁铁矿5.2，榍石3.5，钛铁矿4.7，黄铁矿5.0，赤铁矿5.1。然后，对岩石化学分析作下列校正：因为钛铁矿中 w（FeO）为47.3%而 w（TiO₂）为52.7%，磁铁矿中w（FeO）为 31.0%而w（Fe₂O₃）为69.0%，黄铁矿中 wS 为53.4%而 w Fe为46.6%，若将黄铁矿中的铁换算成 FeO，则一份黄铁矿中含有相当于46.6×71.8/55.8=60.0%的w（FeO），所以要从 w（FeO）中减去所含的w（FeTiO₃）的50%，减去 w（Fe₃O₄）的30%，减去 w（FeS₂）的60%；从 w（Fe₂O₃）中减去所含w（Fe₃O₄）的70%，减去 w（Fe₂O₃）的100%。由于榍石中含有w（CaO）28.6%，w（TiO₂）40.8%和 w（SiO₂）30.6%，所以要从 w（CaO）中减去所含 w（CaTi[SiO₄]O）的30%。

（2）把校正过的岩石化学分析的各个氧化物（w_B/%）（可不考虑SiO₂和H₂O）除以其分子量再乘以1000，换算成氧化物的摩尔数。如：［CaO］=w_BCaO（%）×1000/CaO分子量。

（3）用钾长石、钠长石校正摩尔数［Al₂O₃］，用磷灰石校正［CaO］，用方解石校正［CaO］：

假定岩石所有的K₂O、Na₂O均组成钾长石和斜长石的钠长石分子。由于在钾长石中，［K₂O］=［Al₂O₃］，钠长石中［Na₂O］=［Al₂O₃］，因此，要在岩石的［Al₂O₃］中扣除钾长石、钠长石中的［Al₂O₃］，只须在［Al₂O₃］中减去（［K₂O］+［Na₂O］）即可。同样，磷灰石的化学式为9CaO·3P₂O₅·CaF₂，所以，磷灰石的［CaO］=3.3［P₂O₅］；方解石化学式为CaO·CO₂，所以，方解石的［CaO］=［CO₂］。为了扣除岩石中含在少量磷灰石和方解石中的［CaO］，只须从岩石的［CaO］中减去（3.3［P₂O₅］+［CO₂］）（注意：钙质变质岩不作此项校正）。这样，可把对副矿物作了必要校正后岩石的ACF值计算方案总结如下：

岩石学

岩石学

岩石学

为了用图解表示，要把这些值换算为A+C+F=100，即用摩尔百分数表示。

2.A′KF图

鉴于ACF图不能区分中低温泥质变质岩的K₂O过剩组合（含钾长石，无富铝矿物）与K₂O不足组合（含富铝矿物，无钾长石），Eskola（1915）设计A′KF图（A′KF diagram）以表示含石英的泥质变质岩的矿物共生关系。

泥质变质岩通常是贫钙的，且CaO主要含于斜长石的钙长石分子中（此处将绿帘石的影响忽略不计），因此CaO不是有效惰性组分。而K₂O的过剩与不足对该类岩石的矿物共生有重大影响，因此K₂O应作为有效惰性组分。这样，对泥质变质岩系统有效惰性组分为（Al，Fe）₂O₃、K₂O、（Fe，Mg，Mn）O。以这三个有效惰性组分为顶点作成分-共生图解（A′KF图）表示泥质变质岩的矿物共生关系（图20-4）。

由于泥质变质岩中钾长石是最富钾矿物，因而在A′KF图上钾长石是标在K顶点的，即将钾长石的K值作为100，A值作为0的。而钾长石分子式中，摩尔数［Al₂O₃］=［K₂O］，因此，计算A值时，必须扣除钾长石中的［Al₂O₃］，即扣除与［K₂O］等量的［Al₂O₃］，这样，A的意义与ACF图不同，故将A改为A′，称为A′KF图（Winkler，1976）。其三端元分别为：

岩石学

岩石学

岩石学

岩石学

图20-4 芬兰Orijarvi地区SiO₂过剩的泥质变质岩的A′KF图

因此，理想成分的白云母（K₂O·3Al₂O₃·SiO₂·H₂O）不是标在K∶A′=1∶3的位置，而是标在K∶A′=1∶2（K=33、A′=67）的位置上。同样，理想成分的黑云母标在K=14、F=86位置。由于黑云母中有些（Fe，Mg）可被Al替代，所以其成分可渐变到A′=15、K=14、F=71的位置（图20-4）。与ACF图一样，A′KF图也是表示SiO₂过剩的岩石，故图解上各组合都含石英，石英表示在图解之外。此外，泥质变质岩常含斜长石或钠长石和绿帘石（低温时取代斜长石），这些含钙、含钠矿物不能表示在图解上，也表示在图解之外。

在A′KF图上标绘岩石时，也要进行校正。用副矿物含量校正岩石化学分析的方法基本上同ACF图。在经过此项校正后，将氧化物w_B（%）换算为摩尔数。然后，由于A′KF图不考虑斜长石（由钠长石分子和钙长石分子组成），因此必须在A′中扣除斜长石中的［Al₂O₃］，即扣除与［Na₂O］+［CaO］等量的［Al₂O₃］。这样，可把对副矿物作了必要校正后岩石的A′KF值计算方案总结如下：

岩石学

岩石学

岩石学

岩石学

图20-4用A′KF图表示了Orijarvi地区的泥质变质岩矿物共生。由该图可看出，在该区变质条件下，当岩石成分点落在白云母-黑云母共生线左下侧（即靠近K顶点一方）时，岩石的矿物组合有钾长石而不会有富铝无钾矿物（红柱石、堇青石、镁铁闪石、直闪石等）。这是K₂O过剩的岩石。相反，K₂O不足岩石的成分点将落在白云母-黑云母共生线右上侧（即靠A′F边一方），其矿物组合中有富铝无钾矿物而无钾长石。因此，A′KF图合理地表示了上述中低温条件下富铝矿物与钾长石不共生关系，这是该图解的优点。

3.ACF图与A′KF图的联用

ACF图能标绘所有常见变质岩，包括泥质、长英质、钙质和基性变质岩，说明它们的相互关系和广泛的共生关系，但不能表示中低温下K₂O对矿物共生的影响。A′KF图则能很好地表示K₂O过剩与K₂O不足的共生组合，但其应用仅限于泥质、长英质岩石。因此，两者可以互相补充。通常将ACF图与A′KF图制成双三角形图解联合使用（图20-5），以取得较完整的结果。在联用时，ACF图上不表示含钾矿物（白云母、黑云母）。

图20-5 芬兰Orijarvi接触变质岩ACF、A′KF图

在此双三角形图解上判断矿物组合时，特别是当岩石成分在ACF图的A-An-F小三角形内（即为泥质-长英质）时，要将两个图解一起考虑，且以A′KF图为主。如图20-5，设两种岩石成分点分别为图上的1、2点，则它们的矿物共生组合应判断为：

岩石1：堇青石+白云母+黑云母+斜长石+石英，无微斜长石。

岩石2：微斜长石+白云母+黑云母+斜长石+石英，无堇青石。

图20-6表示了变质岩五大化学类型和主要造岩矿物在ACF图和A′KF图上的位置，这个图解不但可为制作ACF、A′KF图提供方便，而且可直观地表示岩石化学成分与矿物成分的关系。熟悉这个图解，有利于掌握五大化学类型变质岩的化学成分、矿物成分特点和判读成分-共生图解，便于在实际工作中以岩石的矿物成分判断其化学类型，以利于恢复其原岩。

图20-6 五大化学类型变质岩和主要造岩矿物在ACF图和A′KF图上的位置

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